梦开始的地方 —— C语言(枚举+位段+联合体)

Posted 2022-12-08 爱敲代码的三毛

位段

1. 什么是位段？

要想了解位段就得先学会使用结构体。文章链接——>详解结构体

位段的声明和结构体是十分类似的，它们有两个不同之处

1. 位段的成员必须是int、unsigned int、signed int
2. 位段的成员名后面有一个冒号和数字。

定义一个名为test的位段

struct test 
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30;
;

• 冒号后面的数字表示该成员占几个比特位(注意有些平台有符号数的符号位也算一个比特位)
• 比如在VS2019环境，a只有2个比特位00，第一位就是符号，那它只能表示-2~1的数字

那么这个位段test的大小是多少？

printf("%d\\n", sizeof(struct test));

输出是8，也就是8个字节。

• a占2个比特位，b占5个比特位，从占10个比特位，加起来也就是17个比特位，4个字节就够了
• 而d需要30个比特位，不够则再开辟一个4个字节的空间
• 但d是使用前面剩余的一部分加上后面新开辟的空间，还是前面剩余的空间直接浪费使用新开辟的空间这就不得而知了
• C语言标准并没有规定剩余的空间是否一定要使用

2. 位段的内存分配

1. 位段的成员变量可以是int、unsigned int、signed int、char
2. 位段的空间上按照需要以4个字节(int)，或者是1个字节(char)的方式来开辟的。
3. 位段存在着很多不确定因素，它是不夸平台的，如果考虑可移植性就要避免使用位段。

举个列子，下面这位段是如何开辟内存的呢？

#include <stdio.h>

struct test 

	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
;
int main()

	struct test t =  0 ;
	t.a = 10;
	t.b = 12;
	t.c = 3;
	t.d = 4; 
	printf("%d\\n", sizeof(struct test));
	return 0;

• 把10赋值给a，a只有3个比特位，存放010
• 把12赋值给b，b有4个比特位，存放1100
• 把3赋值给c，c有5个比特位，存放00011
• 把4赋值给d，d有4个比特位，在内存中存放0100

VS2019调试环境

通过上面的调试发现

• 在VS2019平台
• 前一个空间剩余的比特位不够时，直接浪费，使用新开辟空间的比特位
• 一个字节内部，是从低位向高位使用的。

3. 位段跨平台问题

前面说过位段的可移植性差，就是因为它的一些不确定因素

1. int位段被当做有符号数还是无符号数是不确定的
2. 位段中最大位的数目不能确定（6位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题 ）
3. 位段中的成员变量在内存中分配空间，是从左向右分配还是从右向左分配，C语言标准也未定义。
4. 当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，前一个位段开辟空间剩余的比特位不够时，是浪费剩余的位，还是用掉剩余的再加上新开辟的空间，C语言标准也是未定义的。

4. 位段的应用

这是ipv4首部的一张图，网络传输要保证正确的同时还要保证速度，把每一个字段精确的设计，可以避免没有必要的浪费，就能让数据包尽可能的小，提高传输效率。

联合(共用体)

1. 联合类型的定义

联合是一种特殊的自定义类型，它也和结构体类似，也可以包含一系列成员，特征是这些成员共用同一块内存空间，所以叫做联合也可以叫做共用体。

通过union关键字定义一个联合类型

#include <stdio.h>

union User

	int id;
	char ch;
;
int main()

	union User u;
    
	return 0;

2. 联合的特点

联合的成员是共用一块内存空间的，这样以一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小(因为联合至少得有能力保存最大的那个成员)

来看一段代码

#include <stdio.h>

union User

	int id;
	char ch;
;
int main()

	union User u;
	printf("%p\\n", &(u.id));
	printf("%p\\n", &(u.ch));


	return 0;

打印结果

006FF8B0
006FF8B0

发现这两个成员变量果然用的是同一块内存空间。

再来看一段代码验证一下

#include <stdio.h>

union User

	int id;
	char ch;
;
int main()

	union User u;
	u.id = 0x11223344;
	u.ch = 0x55;
	printf("%x\\n", u.id);



	return 0;

打印结果

11223355

• 因为我们这里是VS2019-X86环境，是小端存储
• 联合的成员变量共用一块内存，那么ch在赋值的时候就会覆盖掉id的值

通过联合也可以判断大小端

• 如果是小端，ch拿 的是低位的地址就能拿到1
• 如果是大端，高位存低位，低位存高位，拿么ch拿低位拿到的就是0

#include <stdio.h>

union User

	int id;
	char ch;
;
int main()

	union User u;
	u.id = 1;
	if (u.id)
	
		printf("小端\\n");
	
	else
	
		printf("大端\\n");
	


	return 0;

3. 联合大小的计算

• 联合的大小至少是最大成员的大小
• 当最大成员大小不是最大对齐数整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍

来看一个列子

#include <stdio.h>

union u1

	char arr[5];//5
	int a;//4
;
union u2

	short arr[7];//7
	int a;//4
;
int main()

	printf("%d\\n", sizeof(union u1));//
	printf("%d\\n", sizeof(union u2));//

	return 0;

打印结果

8
16

• 联合中，数组大对齐数是它的成员对齐数，所以char arr[5]的对齐数是1
• a是一个整形它的对齐数是4，所以该联合的最大对齐数是4
• 但arr数组大小是5，当最大成员大小不是最大对齐数整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍
• 所以对齐到最大对齐数4的整数倍8

联合类型u2

• short arr[7]，该数组大小是14，它的对齐数是数组中的成员也就是2
• a的对齐数是4，而14不是4的倍数，要对齐到4的倍数16

所以联合的大小至少是最大成员的大小，但不一定是最大成员的大小，还要考虑到最大对齐数对齐

枚举

枚举：顾名思义就是一个一个列举。当我们有些类型，不适合用基本类型来，描述的时候就可以使用枚举。

1. 枚举的定义

通过enum关键字来定义枚举类型，用枚举来描述一个三原色

enum RGB

	RED,
	GREEN,
	BLUE
;

RGB就是自定义的枚举类型，枚举类型的成员是有初始值的，默认从0开始

#include <stdio.h>

enum RGB

	RED,
	GREEN,
	BLUE
;

int main()

	printf("%d\\n",RED);
	printf("%d\\n",GREEN);
	printf("%d\\n",BLUE);


	return 0;

打印结果

1
2
3

当然也可以修改默认值

#include <stdio.h>

enum RGB

	RED = 10,
	GREEN = 15,
	BLUE
;

int main()

	printf("%d\\n",RED);
	printf("%d\\n",GREEN);
	printf("%d\\n",BLUE);


	return 0;

打印结果

10
15
16

2. 为什么要使用枚举常量

枚举可以做到事情#define也可以做到，为什么要使用枚举？

枚举的一些优点

• 增加代码的可维护性和可读性
• 枚举具有类型检查，而#define没有
• 定义方便，一次可以定义多个常量，而#define一次只能定义一个
• 方便调试，#define是不能调试的，#define在预编译阶段就把对应的值给替换了

#include <stdio.h>

enum RGB

	RED = 10,
	GREEN = 15,
	BLUE
;

int main()

	enum RGB color = RED;
	printf("%d\\n", color);


	return 0;

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